CN112255816A - 一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，包括：激光光源，用于产生激光；反射平板，用于光束的高效反射；支撑旋转装置，用于固定反射平板及多孔反射平板，并带动多孔反射平板的旋转；多孔反射平板，用于光束的空间分离及时序选择；光束汇聚装置，用于空间分离光束的汇聚及时序叠加。根据本发明提供的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，完成对光束的空间分离及时序叠加，利用角度多样性原理，可同时实现散斑抑制和焦深拓展。

Description

一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置
技术领域
本发明涉及基于激光光源的显示及成像领域，特别涉及一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置。
背景技术
激光光源具有单色性好、能量高、方向性好、效率高等诸多优点，目前已被广泛应用于显示和成像领域。例如：利用三基色激光光源的显示器，具有大色域、高亮度、长寿命等优点；利用宽带低相干光源的光学相干层析成像技术，具有微米量级的深度分辨能力，等等。但是，激光光源的单色性好也导致其相干性强，因此在显示和成像时，信号常常伴随着强烈的散斑噪声。
为了实现散斑抑制，可以引入波长多样性、偏振多样性以及角度多样性。波长多样性旨在通过引入多个单波长光源或者单个宽带光源实现散斑抑制，但是这种方式散斑抑制效果有限，且不适用于激光显示等领域。偏振多样性旨在通过引入呈两正交偏振光束的叠加实现散斑抑制，但是这种方式最多只能使散斑对比度降低一半。角度多样性旨在通过引入满足角度多样性原理的多个非相干光束叠加实现散斑抑制，这种方式的散斑抑制效果取决于非相干光束的个数，因此是实现散斑抑制的最佳手段。
激光光源通常为高斯光束，焦场范围十分有限，严重降低了成像的深度范围。从波动光学的角度来看，这是由于散焦在系统的光瞳函数中引入了一个附加的二次相位，从而造成空间低通滤波效果，进而导致了受限的聚焦深度。可以通过引入圆锥透镜，将高斯光束转化为贝塞尔光束，利用贝塞尔光束的无衍射特性，实现在较长的传播范围内光强分布保持不变。但是，这一方法的能量转化效率极低。可以使用渐变折射率光纤配合相位掩模，通过对波前的相位调制，实现焦点在光轴上的拓展分布。但是，该方法中相位掩模的制作过于复杂。可以利用满足角度多样性原理的多光束从多角度对样品进行探测成像，并对所得的多幅图像进行合成，用软件来降低硬件的复杂性。
因此，寻找一种结构简单、能够同时实现散斑抑制和焦深拓展的装置具有重大的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
本发明提供了一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，其特点在于：所述装置设置在激光光源之后，包括：反射平板，支撑旋转装置，多孔反射平板以及光束汇聚装置，其中，所述反射平板用于对光束的高效反射；所述支撑旋转装置用于固定反射平板和多孔反射平板，并带动多孔反射平板的旋转；所述多孔反射平板上分布有若干通光小孔，用于光束在空间上的分离以及在时序上的切换；所述光束汇聚装置用于空间分离光束的汇聚及时序叠加。
优选地，所述的通光小孔满足特定的排布规律，使得当所述的多孔反射平板在旋转时，所述的激光光源所发出的光束可依次从不同的通光小孔出射，并且在任何时刻，光束能且仅能够从一个通光小孔出射。
优选地，所述的通光小孔和所述的光束汇聚装置满足特定的参数关系，使得所述的通光小孔产生的任意两条空间上分离的光束，在经过所述的光束汇聚装置的汇聚作用后，两光束的夹角满足角度多样性原理、满足非相干条件(当两光束传播方向的夹角大于某一数值时，两束光的叠加为非相干叠加，即满足角度多样性原理、满足非相干条件。)，并且时序叠加在所述的光束汇聚装置的焦点处。
优选地，所述的支撑旋转装置带动所述的多孔反射平板旋转的一个旋转周期时长应小于探测器或人眼的积分时间。
优选地，所述的激光光源发出的光束与所述的多孔反射平板的光轴所成的角度α小于90度。
优选地，所述的光束汇聚装置的光轴A与入射光束平行，且与所述的多孔反射平板的光轴O相交于所述的多孔反射平板的中心处。
从上述技术方案可以看出，本发明的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置具有以下有益效果：
(1)通过设计通光小孔的排布以及反射平板、多孔反射平板和光束汇聚装置之间的位置关系，可以产生满足角度多样性原理的非相干光束。利用这些非相干光束，既可以实现基于激光光源的显示领域中的散斑抑制，又可以实现基于激光光源的成像领域中的焦深拓展。
(2)反射平板和多孔反射平板的使用降低了光损耗，提高了光能的使用效率。
(3)结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明实施例1的散斑抑制及焦深拓展装置的示意图；
图2为本发明实施例1的多孔反射平板及通光小孔的示意图；
图3为本发明实施例2的散斑抑制及焦深拓展装置的示意图；
图中标号：1-激光光源；2-反射平板；3-支撑旋转装置；4-多孔反射平板；5-通光小孔；6-光束汇聚装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，用于实现基于激光光源的显示领域中的散斑抑制以及基于激光光源的成像领域中的焦深拓展，该散斑抑制及焦深拓展装置设置在激光光源1之后，包括：反射平板2，支撑旋转装置3，多孔反射平板4以及光束汇聚装置6，其中，
反射平板2用于对光束的高效反射；
支撑旋转装置3用于固定反射平板2和多孔反射平板4，并带动多孔反射平板4绕其光轴的旋转；
多孔反射平板4上分布有通光小孔5，用于光束在空间上的分离以及在时序上的切换；
光束汇聚装置6用于空间分离光束的汇聚及时序叠加。
具体的，如图1所示，激光光源1所产生的光斑直径为2mm，所发出的光束与多孔反射平板4的光轴所成的角度α＝45度，反射平板2与多孔反射平板4是平行共轴放置的两圆形反射平板。
具体的，如图2所示，多孔反射平板4上通光小孔5是直径为2.5mm的圆形孔，并以螺旋线函数的方式排布。支撑旋转装置3带动多孔反射平板4开始转动，转动周期为15ms，低于人眼的积分时间。t1时刻，激光光源1所发出的光束正对通光小孔h1，光束I(t1)出射；t2时刻，由于通光小孔h1转离，激光光源1所发出的光束经过多孔反射平板4和反射平板2的两次反射后，正对通光小孔h2，光束I(t2)出射；t3时刻，由于通光小孔h1和h2均转离，激光光源1所发出的光束经过多孔反射平板4和反射平板2的三次反射后，正对通光小孔h3，光束I(t3)出射；以此类推，激光光源1所发出的光束经过多孔反射平板4和反射平板2的九次反射后，正对通光小孔h9，光束I(t9)出射。由此，激光光源1所发出的光束可从不同的通光小孔5依次出射，并且在任何时刻，光束能且仅能够从一个通光小孔5出射，从而实现了9条光束在空间上的分离和时序上的选择。
具体的，如图1所示，光束汇聚装置6的光轴A与入射光束平行，且与多孔反射平板4的光轴O相交于多孔反射平板4的中心处。光束汇聚装置6选用焦距为5cm的透镜。多孔反射平板4上的任意两个通光小孔5所产生的任意两条在空间上分离的光束，经过光束汇聚装置6的作用后，任意两条光束的夹角均满足角度多样性原理，任意两条光束都是非相干的。由此，利用9条非相干光束的时序叠加，可以实现散斑的抑制，散斑对比度将降为原来的1/3。同时，通过9条非相干光束对样品的多角度时序成像，对得到的9幅图像进行图像处理，由此实现焦深拓展成像。
实施例2
本实施例提供了另一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，为了达到简要说明的目的，上述实施例1中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
该散斑抑制及焦深拓展装置位于激光光源1之后，包括：反射平板2，支撑旋转装置3，多孔反射平板4以及光束汇聚装置6。本实施例的散斑抑制及焦深拓展装置结构示意图可参照图3。
具体的，如图3所示，反射平板2与多孔反射平板4为非平行、非共轴放置的两圆形反射平板。
本实施例的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，激光光源1发出的光束仍然以与多孔反射平板4呈45度的夹角进入反射平板2。t1时刻，光束正对通光小孔h1时，光束I(t1)出射。随着支撑旋转装置3带动多孔反射平板4旋转，光束依次正对小孔h2至h9，光束I(t2)至I(t9)依次出射。因此，通过反射平板2、支撑旋转装置3、多孔反射平板4以及通光小孔5的共同作用，光束I(t1)至I(t9)时序输出且在空间上分离。各空间分离光束在光束汇聚装置6的作用下，时序叠加在光束汇聚装置6的焦点上。通光小孔5和光束汇聚装置6的参数满足特定规律，使得光束I(t1)至I(t9)中的任意两条光束都符合角度多样性原理，因此I(t1)至I(t9)中的任意两条光束都是非相干的。进一步地，通过9条非相干光束的叠加可以实现散斑抑制，散斑对比度将降为原先的1/3。同时，通过9条非相干光束对样品的多角度时序成像，对得到的9幅图像进行图像处理，由此实现焦深拓展成像。
至此，已对本发明的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、步骤和形状，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)各光学器件还可采用其他类型的元件，只要能实现相同的功能即可；
(2)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；
(3)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
(4)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
综上所述，本发明的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，结构简单，易于实现，通过设计通光小孔的排布以及反射平板、多孔反射平板和光束汇聚装置之间位置关系的配合，可以产生符合角度多样性原理的非相干光束。进一步地，利用这些非相干光束，既可以实现基于激光光源的显示领域中的散斑抑制，又可以实现基于激光光源的成像领域中的焦深拓展。反射平板和多孔反射平板的使用降低了光损耗，提高了光能的使用效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，其特征在于：所述装置设置在激光光源(1)之后，包括：反射平板(2)，支撑旋转装置(3)，多孔反射平板(4)以及光束汇聚装置(6)，其中，
所述反射平板(2)用于光束的高效反射；
所述支撑旋转装置(3)用于固定反射平板(2)和多孔反射平板(4)，并带动多孔反射平板(4)的旋转；
所述多孔反射平板(4)上排布有若干通光小孔(5)，用于光束在空间上的分离以及在时序上的切换；
所述光束汇聚装置(6)用于空间分离光束的汇聚及时序叠加。
2.根据权利要求1所述的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，其特征在于：所述的通光小孔(5)满足特定的排布规律，使得所述的多孔反射平板(4)在旋转时，所述的激光光源(1)所发出的光束可依次从不同的通光小孔(5)出射，并且在任何时刻，光束能且仅能够从一个通光小孔(5)出射。
3.根据权利要求1所述的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，其特征在于：所述的通光小孔(5)和所述的光束汇聚装置(6)满足特定的参数关系，使得所述的通光小孔(5)产生的任意两条空间上分离的光束，在经过所述的光束汇聚装置(6)的汇聚作用后，两光束的夹角满足角度多样性原理、满足非相干条件，并且时序叠加在所述的光束汇聚装置(6)的焦点处。
4.根据权利要求1所述的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，其特征在于：所述的支撑旋转装置(3)带动所述的多孔反射平板(4)旋转的一个周期应小于探测器或人眼的积分时间。
5.根据权利要求1所述的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，其特征在于：所述的激光光源(1)发出的光束与所述的多孔反射平板(4)的光轴所成的角度α小于90度。
6.根据权利要求1所述的一种基于角度多样性的散斑抑制及焦深拓展装置，其特征在于：所述的光束汇聚装置(6)的光轴A与入射光束平行，且与所述的多孔反射平板(4)的光轴O相交于所述的多孔反射平板(4)的中心处。
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